CN108658563B - 一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土，包括以下组分及其重量分：液态水玻璃2～10份、苛性钠粉末1～5份、S105级粒化高炉矿渣粉10～20份、铁矿砂10～20份、铁矿石40～60份、高铝水泥1～5份、石膏粉末1～5份、硼：0.1～0.5份、水：1～5份；本发明具有较好的固封能力、耐久性好、固化体浸出率低、减容比大，且节能环保的特性。本发明还公开了一种实施容易、快捷，且节能环保的矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法。

Description

一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及防辐射混凝土技术领域，特别是一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土及其制备方法。
背景技术
地球所处的宇宙空间中充满着无色无形的辐射，其中很多辐射对人体是有害的，为防止环境中的各种射线对人体伤害，在建造有辐射源建筑时，一般需设置防辐射材料以屏蔽各种射线，混凝土材料是目前使用最为广泛的防辐射材料，主要用于教育、科研、医疗机构有辐射源建筑以及核反应堆内外壳防护。但普通混凝土材料的抗辐射能力非常有限，而地聚合物特殊的空间网状结构拥有非常优异的防辐射能力。
配制防辐射混凝土必须满足两个首要条件：一方面混凝土必须达到较高的密度，另一方面混凝土中还要有一定程度量的特定元素（硼、镉、锂、氢）。目前，国内外己经相继对铅纤维混凝土、钢纤维混凝土、铁矿石混凝土、重晶石混凝土、铁质集料混凝土等防辐射混凝土进行了研究。印度Akanshu等利用钢纤维与铅纤维来配置防辐射混凝土。国内伍崇明等利用钢珠、钢块等铁质集料配制出C30等级防辐射混凝土；佘子盈等用重晶石作为集料制成了不同等级的防辐射混凝土。
但是，这些技术方案都是基于水泥混凝土胶凝体系，而水泥基材料始终存在着结构缺陷多，耐久性能差的通病，这给有防辐射需求的场所和个人带来了不小的安全隐患。
因此，目前在抗辐射材料领域应用较多的仍是基于水泥胶凝体系制备的重质混凝土，但其在生产及使用过程中仍然存在着以下问题：
（1）不够节能环保，水泥等材料的生产耗能大污染重。
（2）抗辐射效果不佳，需增加防护墙厚度，进一步提高了材料成本。
（3）强度不高，耐候性不足，增加了维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土，它具有较好的固封能力、耐久性好、固化体浸出率低、减容比大，且节能环保的特性。
本发明的另一目的还在于提供一种实施容易、快捷，且节能环保的矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土，包括以下组分及其重量分：液态水玻璃 2～10份、苛性钠粉末 1～5份、S105级粒化高炉矿渣粉10～20份、铁矿砂10～20份、铁矿石40～60份、高铝水泥1～5份、石膏粉末1～5份、硼砂：0.1～0.5份、水：1～5份。
本发明的地聚合物防辐射混凝土，对γ射线和中子射线屏蔽率明显大于普通防辐射混凝土，且本发明的耐久性更好、固化体浸出率（指固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有害物质的浸出速度，是表征固化效果的关键指标，浸出率越低表明固化效果越好）更低、减容比（指放射性废物处理前后的体积比，是衡量处理方法及处理效果好坏的重要指标之一。减容比越大则处理后废物体积越小，越利于运输、贮存和最终处置）更大。
本发明的目的还可以采用以下技术措施解决：
进一步地，所述液态水玻璃的模数为2.5～3.5之间、常温下为黏稠状液体，以使模数为2.5～3.5的水玻璃配制成硅酸钠溶液，以便与氢氧化钠溶液（苛性钠粉末）混合。
进一步地，所述苛性钠粉末是白色片状的工业级氢氧化钠，这种高纯度苛性钠粉末与水配置成12mol/L的氢氧化钠溶液，与硅酸钠溶液可充分搅拌，制得激发剂。
进一步地，所述S105级粒化高炉矿渣粉的目数在200目～600目。
进一步地，所述铁矿砂的粒径为0.075mm～4.5mm之间。
进一步地，所述高铝水泥标号为A600，石膏粉末为高强石膏粉，硼砂为工业级十水硼砂。
进一步地，所述水为自来水。
上述配比方案中，采用S105级粒化高炉矿渣粉作为活性胶凝成分，同时，掺入高铝水泥、石膏粉末及少量的含硼矿物作为掺合料，既起到优化粒级、加速反应、增加强度的作用更能提升抗辐射性能，特别是含硼矿物和富含结晶水的石膏粉可有效提高防中子辐射能力。
骨料则采用特种重质骨料——铁矿砂及铁矿石，可以增加混凝土的表观密度，有效防止γ射线。
本发明的另一目的是这样实现的：
一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一，按重量份要求将各组分制备好，备用；
步骤二，先将苛性钠粉末与部分的水配置成12mol/L的氢氧化钠溶液，充分溶解后一并倒入液态水玻璃中，混合并搅拌均匀，以制备成激发剂；
步骤三，将铁矿砂和铁矿石倒入搅拌机，搅拌机进行搅拌，再将高炉矿渣粉倒入搅拌机继续搅拌一段时间后暂停搅拌，然后，将高铝水泥、石膏粉末和硼砂一并倒入搅拌机，混入后再搅拌一段时间，实现预搅拌，制得混合料；
步骤四；上述预搅拌后，将剩余的水倒入预搅拌的混合料中，然后将上述激发剂分数次加入，每次加料间隔8-15秒，完成加料后继续搅拌20-40秒即可出料浇筑成型。
本发明的另一目的还可以采用以下技术措施解决：
进一步地，所述步骤三中，将高炉矿渣粉倒入搅拌机继续搅拌一段时间为搅拌15-30秒。
进一步地，所述步骤三中，将高铝水泥、石膏粉末和硼砂一并倒入搅拌机，混入后再搅拌一段时间为搅拌15-30秒。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其主要成分是一种空间网状结构的无机聚合物，拥有远胜于普通混凝土的固封能力。
（2）再有，矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其致密的结构特点，使其具有耐久性好、固化体浸出率低、减容比大等功能特性。
（3）而且，矿渣基地聚合物防辐射混凝土几乎不使用水泥，能充分利用工业固体废弃物高炉矿渣，具有明显的环境效益，社会经济价值巨大。
（4）本矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法，其有实施容易、快捷，且节能环保的特性，而且制备出来的矿渣基地聚合物防辐射混凝土，具备较好的固封能力、耐久性好、固化体浸出率低、减容比大，且节能环保的特性。
具体实施方式
一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土，包括以下组分及其重量分：液态水玻璃 2～10份、苛性钠粉末 1～5份、S105级粒化高炉矿渣粉10～20份、铁矿砂10～20份、铁矿石40～60份、高铝水泥1～5份、石膏粉末1～5份、硼砂：0.1～0.5份、水：1～5份。
作为更具体的方案，所述液态水玻璃的模数为2.5～3.5之间、常温下为黏稠状液体，而苛性钠粉末是白色片状的工业级氢氧化钠。
作为更具体的方案，所述S105级粒化高炉矿渣粉的目数在200目～600目，而所述铁矿砂的粒径为0.075mm～4.5mm之间。
作为更具体的方案，所述高铝水泥标号为A600，石膏粉末为高强石膏粉，硼砂为工业级十水硼砂，所述水为自来水。
本实施例矿渣基地聚合物防辐射混凝土与普通抗辐射混凝土的对照试样，其配比及性能如下表所示：
Figure 535885DEST_PATH_IMAGE001
一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法包括如下步骤：
步骤一，按重量份要求将各组分制备好，备用；
步骤二，先将苛性钠粉末与部分的水配置成12mol/L的氢氧化钠溶液，充分溶解后一并倒入液态水玻璃中，混合并搅拌均匀，以制备成激发剂；
步骤三，将铁矿砂和铁矿石倒入搅拌机，搅拌机进行搅拌，再将高炉矿渣粉倒入搅拌机继续搅拌一段时间后暂停搅拌，然后，将高铝水泥、石膏粉末和硼砂一并倒入搅拌机，混入后再搅拌一段时间，实现预搅拌，制得混合料；其中，将高炉矿渣粉倒入搅拌机继续搅拌一段时间为搅拌15-30秒，将高铝水泥、石膏粉末和硼砂一并倒入搅拌机，混入后再搅拌一段时间为搅拌15-30秒。
步骤四；上述预搅拌后，将剩余的水倒入预搅拌的混合料中，然后将上述激发剂分数次加入，每次加料间隔8-15秒，完成加料后继续搅拌20-40秒即可出料浇筑成型。

Claims (10)

1.一种矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，包括以下组分及其重量份：液态水玻璃2～10份、苛性钠粉末1～5份、S105级粒化高炉矿渣粉10～20份、铁矿砂10～20份、铁矿石40～60份、高铝水泥1～5份、石膏粉末1～5份、硼砂：0.1～0.5份、水：1～5份。
2.根据权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，所述液态水玻璃的模数为2.5～3.5之间，常温下为黏稠状液体。
3.根据权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，所述苛性钠粉末是白色片状的工业级氢氧化钠。
4.根据权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，所述S105级粒化高炉矿渣粉的目数在200目～600目。
5.根据权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，所述铁矿砂的粒径为0.075mm～4.5mm之间。
6.根据权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，所述高铝水泥标号为A600，石膏粉末为高强石膏粉，硼砂为工业级十水硼砂。
7.根据权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土，其特征是，所述水为自来水。
8.一种如权利要求1所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一，按重量份要求将各组分制备好，备用；
步骤二，先将苛性钠粉末与部分的水配置成12mol/L的氢氧化钠溶液，充分溶解后一并倒入液态水玻璃中，混合并搅拌均匀，以制备成激发剂；
步骤三，将铁矿砂和铁矿石倒入搅拌机，搅拌机进行搅拌，再将高炉矿渣粉倒入搅拌机继续搅拌一段时间后暂停搅拌，然后，将高铝水泥、石膏粉末和硼砂一并倒入搅拌机，混入后再搅拌一段时间，实现预搅拌，制得混合料；
步骤四；上述预搅拌后，将剩余的水倒入预搅拌的混合料中，然后将上述激发剂分数次加入，每次加料间隔8-15秒，完成加料后继续搅拌20-40秒即可出料浇筑成型。
9.根据权利要求8所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法，其特征是，所述步骤三中，将高炉矿渣粉倒入搅拌机继续搅拌一段时间为搅拌15-30秒。
10.根据权利要求8所述矿渣基地聚合物防辐射混凝土的制备方法，其特征是，所述步骤三中，将高铝水泥、石膏粉末和硼砂一并倒入搅拌机，混入后再搅拌一段时间为搅拌15-30秒。
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